[发明专利]航空发动机、静子导流组件及其设计方法

说明书

提供航空发动机、静子导流组件及其设计方法，其中静子导流组件，包括外环件、内环件、蜂窝件以及设置在外环件和内环件的多个导流叶片，其特征在于，所述内环件、蜂窝件与所述多个导流叶片以增材制造工艺构造成一体，且叶片流道线以下从内环件外表面到蜂窝件之间的部分为内环空心结构，并填充内环支撑结构。内环结构优化和叶片‑蜂窝一体化设计，减少内环件的安装，采用增材制造加工工艺，降低制造成本、周期，提高可靠性。

技术领域

本发明涉及航空发动机及其静子导流组件。

背景技术

已有的航空发动机的静子导流组件包括外环件、内环件、叶身以及蜂窝件。其成型的一种方式是叶身通过钎焊至内外环件。外环件刚度受传统加工工艺的限制，难以实现等强度设计，如果减小厚度，将导致扇形段刚度小，易变形，给装配带来困难。另外，受到导向叶片加工工艺的限制，钎焊工艺可靠性低，整环加工工艺材料利用率低，蜂窝件与导向叶片焊接，存在可靠性低且结构复杂的问题。

早有专利提出了和航空发动机相关的3D打印技术，包含实心叶片和实心整体叶盘的加工。据公开的专利检索发现，3D打印技术已经非常广泛的应用在发动机的诸多部件上，包括叶片、叶片包边、叶盘、燃烧室壁、喷嘴等等，甚至已经扩展到其它更加广泛的结构方面。美国3D打印全都集中在小体积高价值的零件，还包括表面修复，表面涂层等领域。普惠将使用 3D打印技术和宇航级金属来制造包括支架、油喷嘴、燃料旁路歧管、底座、连接件和翼型件等零件，并且该公司有史以来第一次使用3D打印技术直接制造发动机上使用的压缩机定子和同步环支架。GE是发动机领域较早开始 3D打印工艺在航空航天领域应用的公司之一，其全球研发中心对此的研究也已经开展了十几年之久，但直到2011年GE的航空航天部门才准备使用 3D打印工艺生产LEAP喷气发动机的燃料喷嘴，GE在3D打印领域的努力始广为人知。GE还决定将3D打印技术投入到GE9X发动机的低压涡轮叶片，该发动机目前将被运用于波音777系的后续机型。RR使用3D打印工艺生产出了一件直径1.5米、厚0.5米的镍金属轴承座，RR表示将3D打印的技术已经应用在于XWB-97型发动机，并且已经完成了第一次飞行试验，该型号的发动机将配备在空客A350-1000的机型上。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种静子导流组件，以替代目前已有的静子导流组件。

本发明的另一个目的是一种静子导流组件的设计方法，其提供适合于3D 成型的构型。

本发明的再一个目的是提供一种航空发动机，其包括前述静子导流组件。

第一技术方案是提供静子导流组件，包括外环件、内环件、蜂窝件以及设置在外环件和内环件的多个导流叶片，其中，所述内环件、蜂窝件与所述多个导流叶片以增材制造工艺构造成一体，且叶片流道线以下从内环件外表面到蜂窝件之间的部分为内环空心结构，并填充内环支撑结构。

在所述的静子导流组件的一个或多个实施方式中，所述内环支撑结构包括沿周向离散分布的多个结构单元，各结构单元包括横向骨架以及在横向骨架的两侧径向延伸的支柱，所述支柱自所述横向骨架逐渐变粗。

在所述的静子导流组件的一个或多个实施方式中，所述外环件为内部空心结构，且内部填充有外环支撑结构。

在所述的静子导流组件的一个或多个实施方式中，所述外环支撑结构包括沿周向分布的多个柱状结构，以及在该多个柱状结构之间连续起伏的山丘状结构。

在所述的静子导流组件的一个或多个实施方式中，所述内环空心结构是以从内环外表面到蜂窝件之间部分为优化区间、以工作载荷为负载、以质量最小为性能指标做基频最大化拓扑优化的等强度构造。

在所述的静子导流组件的一个或多个实施方式中，所述外环件是在装配载荷和/或工作载荷条件下以外环件中间部分为优化区间且以体积百分比为约束，做刚度最大化以及内部应力均匀化的拓扑优化的等强度结构。

在所述的静子导流组件的一个或多个实施方式中，所述增材制造工艺为激光选区熔化工艺。